JP2007111535A - Method and device for movement correction when imaging heart - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、心臓の少なくとも１つの領域の複数の画像が複数の心周期を含む時間内に撮像機器により記録され、引き続きこれらの画像が互いに結び付けられて組合せ画像データセットが生成される心臓撮像時の運動補正方法および装置に関する。 The present invention relates to a cardiac imaging in which a plurality of images of at least one region of the heart are recorded by an imaging device within a time period including a plurality of cardiac cycles, and these images are subsequently linked together to generate a combined image data set. The present invention relates to a motion correction method and apparatus.
心臓の撮像には、例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴断層撮影（ＭＲ）、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）または超音波技術（ＵＳ）等の異なる撮像技術を利用することができる。心臓または心臓部分容積の三次元画像データセットを記録しなければならない応用ではまさに、画像記録は、心周期の内部で心臓がほぼ停止する比較的短い時相と比較して容積データの記録速度が小さいので、他の措置なくしてはモーションアーチファクトを生じる。それゆえ、このモーションアーチファクトを避けるために、例えば心臓脈管または別の解剖学的心臓細部の三次元画像データセットを生成すべく画像記録が心拍もしくは心周期と同期化される。画像記録全体は複数の心周期にわたっており、画像データはそれぞれ各心周期の同一心時相においてのみ記録されまたは利用される。同期化は一般に、ＥＣＧゲーティングとも称されるＥＣＧ制御（ＥＣＧ：心電図）を介して行われる。心筋の電気的活量の測定からトリガ信号が導き出される。付加的に、呼吸運動との同期化も得るために呼吸制御、いわゆる呼吸ゲーティングも応用することができる。しかしそれにもかかわらず、そして別の公知の同期化技術にもかかわらず、こうして得られた３Ｄ画像データセット中に依然としてモーションアーチファクトが現れ、これが画像の空間分解能の低下をもたらす。 For imaging of the heart, different imaging such as computed tomography (CT), magnetic resonance tomography (MR), positron emission tomography (PET), single photon emission computed tomography (SPECT) or ultrasound technology (US), for example. Technology can be used. In applications where a 3D image data set of the heart or a partial volume of a heart must be recorded, image recording has a higher volume data recording rate compared to a relatively short time phase in which the heart almost stops within the cardiac cycle. Because it is small, it creates motion artifacts without other measures. Therefore, to avoid this motion artifact, the image record is synchronized with the heartbeat or cardiac cycle, for example to generate a three-dimensional image data set of the heart vessel or other anatomical heart details. The entire image recording spans multiple cardiac cycles, and each image data is recorded or used only in the same cardiac time phase of each cardiac cycle. Synchronization is generally performed via ECG control (ECG: electrocardiogram), also called ECG gating. A trigger signal is derived from the measurement of myocardial electrical activity. In addition, respiratory control, so-called respiratory gating, can also be applied to obtain synchronization with respiratory motion. But nevertheless, and in spite of another known synchronization technique, motion artifacts still appear in the 3D image data set thus obtained, which leads to a reduction in the spatial resolution of the image.
特許文献１に述べられた心臓磁気共鳴画像化法では呼吸ゲーティング技術が応用される。呼吸ゲーティング用同期化信号を導き出すために個々のＭＲ画像撮影の間にナビゲータパルス系列で横隔膜の位置が検出され、こうして呼吸運動が監視される。引き続き画像データは各画像撮影時に横隔膜の測定された位置を考慮して適切に合成される。このために予走査が必要であり、この予走査は横隔膜の位置を介してその都度検出された呼吸時相に心臓内の基準点の位置を割り当てる。 In the cardiac magnetic resonance imaging method described in Patent Document 1, a respiratory gating technique is applied. The position of the diaphragm is detected with a navigator pulse sequence during individual MR imaging to derive a respiratory gating synchronization signal, thus monitoring respiratory motion. Subsequently, the image data is appropriately combined in consideration of the measured position of the diaphragm when each image is taken. For this purpose, a pre-scan is necessary, which assigns the position of the reference point in the heart to the respiratory phase detected each time via the position of the diaphragm.
特許文献２に開示された磁気共鳴画像化法では、記録された画像中のモーションアーチファクトを避けるためにＥＣＧゲーティングと呼吸ゲーティングが利用される。この方法でも横隔膜の位置を検出するためにナビゲータパルス系列が利用され、そこから呼吸ゲーティング信号と画像補正情報を導き出すことができる。
In the magnetic resonance imaging method disclosed in
特許文献３は、画像記録時のモーションアーチファクトを避けるためにゲーティング信号用に異なる情報を利用する方法および装置を述べている。この方法では心臓等の器官に関する複数の運動情報が同時に検出され、そこからゲーティング信号が導き出される。運動情報から最小器官運動の時点が求められ、ゲーティング用に使用される。運動情報から運動補正係数も決定することができ、記録された器官画像は次にこれらの運動補正係数で補正される。しかしながら、検出された運動情報を直接使用するとき反復法がこのために必要である。運動情報の検出に関して異なる技術が、例えばＥＣＧまたはＶＣＧ等の電気検出技術も、明示されている。 U.S. Patent No. 6,057,056 describes a method and apparatus that utilizes different information for gating signals to avoid motion artifacts during image recording. In this method, a plurality of motion information relating to an organ such as the heart is simultaneously detected, and a gating signal is derived therefrom. The time of minimum organ movement is determined from the movement information and used for gating. A motion correction factor can also be determined from the motion information, and the recorded organ image is then corrected with these motion correction factors. However, an iterative method is required for this when using the detected motion information directly. Different techniques for the detection of motion information are also specified, for example electrical detection techniques such as ECG or VCG.
特許文献４は磁気共鳴で画像を生成する方法および機器を述べている。モーションアーチファクトを低減するために可動部分の位置がナビゲータパルス系列を利用して検出され、それに従って画像データが相応に補正される。しかしながらこのようなナビゲータ技術では一方位でのみ運動が検出される。この刊行物は、ナビゲータ信号を利用して確認された心臓位置に基づいて例えば連続的回転マトリックス適合等の別の運動補正を行うことも指摘している。しかしながらこれに関連して、呼吸運動時に心臓の回転をどのように検出しもしくはナビゲータ信号によって検出した位置からどのように導き出すのかが不明なままである。
本発明の課題は、モーションアーチファクトを一層減らすことのできる心臓撮像時の運動補正方法および装置を提供することにある。 It is an object of the present invention to provide a motion correction method and apparatus at the time of cardiac imaging that can further reduce motion artifacts.
心臓撮像時の運動補正方法に関する課題は、本発明によれば、心臓の少なくとも１つの領域の複数の画像が複数の心周期を含む時間内に撮像機器により記録され、引き続きこれらの画像が互いに結び付けられて組合せ画像データセットが生成され、画像撮影中に測定装置により、心臓のベクトル心電図（ＶＣＧ）を作成するための測定データが検出され、これらの測定データから心周期間の心臓の空間位置および方位の変化が算出されかつ画像を結び付ける際に考慮されて、組合せ画像データセット中の、心臓の空間位置および方位の変化に起因した誤りが低減されることによって解決される。 According to the present invention, a plurality of images of at least one region of the heart are recorded by an imaging device within a time period including a plurality of cardiac cycles, and these images are subsequently linked to each other. A combined image data set is generated, and during the imaging, the measurement device detects measurement data for creating a cardiac electrocardiogram (VCG), from which the spatial position of the heart during the cardiac cycle and A change in orientation is calculated and taken into account when combining the images, and is resolved by reducing errors due to changes in the spatial position and orientation of the heart in the combined image data set.
心臓撮像時の運動補正方法に関する本発明の実施態様は次の通り列記される。
画像が、心臓の検出された領域の３Ｄ画像データセットを生成するために互いに結び付けられる。
画像が、心臓の空間位置および方位の算出された変化に相応して運動補正を施され、特に相応に個々に移動および／または傾動および／または回転させられる。
ベクトル心電図の分析によって異常ＱＲＳ群に基づいて不整脈性心周期が認識された場合、不整脈性心周期中に記録された画像に対しては運動補正が実行されない。
不整脈性心周期中の画像撮影が拒否され、後の心周期において画像撮影が繰り返される。
各２つの心周期のベクトル心電図について、付属するベクトル心電図が線形変換によって少なくとも近似的に互いに移行させることができるかどうかが求められ、線形変換の場合にのみ、２つの心周期のうち後の心周期中に記録された画像の運動補正は心臓の空間位置および方位の算出された変化に基づいて実行される。
ベクトル心電図が線形変換によって少なくとも近似的に互いに移行させることができない場合、後の画像撮影は拒否される。
心電図（ＥＣＧ）制御またはベクトル心電図（ＶＣＧ）制御を利用して画像がそれぞれ心周期の同一時相において記録される。
呼吸制御を利用して画像がそれぞれ呼吸運動の同一時相において記録され、呼吸運動と呼吸制御用トリガ信号とがベクトル心電図から導き出される。
Embodiments of the present invention relating to a motion correction method at the time of cardiac imaging are listed as follows.
The images are linked together to generate a 3D image data set of the detected area of the heart.
The image is subjected to motion correction in accordance with the calculated changes in the spatial position and orientation of the heart and in particular correspondingly individually moved and / or tilted and / or rotated.
When an arrhythmic heart cycle is recognized based on an abnormal QRS group by analysis of a vector electrocardiogram, motion correction is not performed on an image recorded during the arrhythmic heart cycle.
Image capture during the arrhythmic heart cycle is rejected and image capture is repeated in later cardiac cycles.
For each ECG of two cardiac cycles, it is determined whether the accompanying vector ECGs can be at least approximately shifted from one another by linear transformation, and only in the case of linear transformation the latter heart of the two cardiac cycles Motion correction of images recorded during the cycle is performed based on the calculated changes in the spatial position and orientation of the heart.
If the vector electrocardiograms cannot be shifted from each other at least approximately by linear transformation, subsequent imaging is rejected.
Images are recorded at the same time phase of the cardiac cycle using electrocardiogram (ECG) control or vector electrocardiogram (VCG) control.
Respiratory control is used to record images at the same time phase of respiratory motion, and respiratory motion and a respiratory control trigger signal are derived from the vector electrocardiogram.
心臓撮像の運動補正装置に関する課題は、本発明によれば、撮像機器で記録された心臓の少なくとも１つの領域の画像用および心臓のベクトル心電図（ＶＣＧ）を作成するために測定装置により検出された測定データ用の１つまたは複数の入力インタフェースと、評価装置とを備え、この評価装置が、測定データから心臓のベクトル心電図（ＶＣＧ）を作成し、このベクトル心電図から心周期間の心臓の空間位置および方位の変化を算出する分析モジュールと、各２つの心周期間の心臓の空間位置および方位の算出された変化を考慮して、記録された画像を結び付けることによって、画像データセット中の心臓の空間位置および方位の変化に起因した誤りを低減された組合せ画像データセットを作成する画像組合せモジュールとを有することによって解決される。 A problem with a motion correction device for cardiac imaging is detected according to the present invention by a measuring device to produce an image of at least one region of the heart recorded by the imaging device and a vector electrocardiogram (VCG) of the heart. One or more input interfaces for measurement data and an evaluation device, the evaluation device generates a cardiac vector electrocardiogram (VCG) from the measurement data, and the spatial position of the heart during the cardiac cycle from the vector electrocardiogram And an analysis module that calculates the change in orientation and the recorded images of the heart in the image data set by combining the recorded images, taking into account the calculated spatial change and orientation of the heart between each two cardiac cycles Having an image combination module for creating a combined image data set with reduced errors due to changes in spatial position and orientation Therefore, it is resolved.
心臓撮像の運動補正装置に関する本発明の実施態様は次の通り列記される。
画像組合せモジュールは、心臓の検出された領域の３Ｄ画像データセットを生成するために画像を互いに結び付けるように構成されている。
画像組合せモジュールは、心臓の空間位置および方位の算出された変化に相応して画像に運動補正を施し、特に相応に個々に移動および／または傾動および／または回転させるように構成されている。
分析モジュールは、ベクトル心電図の分析によって異常ＱＲＳ群に基づいて不整脈性心周期を認識するように構成され、画像組合せモジュールは、不整脈性心周期中に記録された画像に対して運動補正を実行しないように構成されている。
画像組合せモジュールは、不整脈性心周期中に記録された画像を組合せ画像データセットに含めない。
分析モジュールは、各２つの心周期のベクトル心電図について、ベクトル心電図が線形変換によって少なくとも近似的に互いに移行させることができるかどうかを求めるように構成され、画像組合せモジュールは、線形変換の場合にのみ、２つの心周期のうち後の心周期中に記録された画像の運動補正を、心臓の空間位置および方位の算出された変化に基づいて実行するように構成されている。
画像組合せモジュールは、ベクトル心電図が線形変換によって少なくとも近似的に互いに移行させることができない場合、後の画像を組合せ画像データセットに含めないように構成されている。
分析モジュールは、ＶＣＧ制御を利用して画像をそれぞれ心周期の同一時相において記録できるように、ベクトル心電図からＶＣＧトリガ信号を導き出しかつ用意するように構成されている。
分析モジュールは、呼吸制御を利用して画像をそれぞれ呼吸運動の同一時相において記録できるように、ベクトル心電図から呼吸トリガ信号を導き出しかつ用意するように構成されている。
Embodiments of the present invention relating to a motion correction device for cardiac imaging are listed as follows.
The image combination module is configured to connect the images together to generate a 3D image data set of the detected area of the heart.
The image combination module is configured to apply motion correction to the image in accordance with the calculated changes in the spatial position and orientation of the heart, and in particular to move and / or tilt and / or rotate individually accordingly.
The analysis module is configured to recognize the arrhythmic heart cycle based on the abnormal QRS complex by analysis of the vector electrocardiogram, and the image combination module does not perform motion correction on the images recorded during the arrhythmic heart cycle It is configured as follows.
The image combination module does not include images recorded during the arrhythmic heart cycle in the combination image data set.
The analysis module is configured to determine, for each two cardiac cycle vector electrocardiograms, whether the vector electrocardiograms can be at least approximately shifted from one another by linear transformation, and the image combination module is only for linear transformation Motion correction of images recorded during a later cardiac cycle of the two cardiac cycles is configured to be performed based on the calculated changes in the spatial position and orientation of the heart.
The image combination module is configured not to include subsequent images in the combination image data set if the vector electrocardiograms cannot be at least approximately shifted from each other by linear transformation.
The analysis module is configured to derive and prepare a VCG trigger signal from the vector electrocardiogram so that each image can be recorded at the same time phase of the cardiac cycle using VCG control.
The analysis module is configured to derive and prepare a respiratory trigger signal from the vector electrocardiogram so that each image can be recorded at the same time phase of the respiratory motion using respiratory control.
本発明による心臓撮像時の運動補正方法では、心臓の少なくとも１つの領域の複数の画像が複数の心周期を含む時間内に撮像機器により記録され、引き続きこれらの画像が互いに結び付けられて組合せ画像データセットが生成される。なお、心周期とは心拍の周期である。画像を記録するために例えばコンピュータ断層撮影、磁気共鳴断層撮影、陽電子放出断層撮影、単光子放出コンピュータ断層撮影または超音波撮像の撮像技術を応用することができる。組合せ画像データセットの生成は例えば、心臓の異なる位置で記録された個々の断層画像から３Ｄ画像データセットを作成することを含む。しかし本発明による方法は、３Ｄ画像データセットの作成の他に、異なる心周期中に記録された画像が互いに結び付けられ、例えば相互に減算される応用にも利用することができる。 In the motion correction method at the time of cardiac imaging according to the present invention, a plurality of images of at least one region of the heart are recorded by an imaging device within a time including a plurality of cardiac cycles, and these images are subsequently combined with each other to combine image data. A set is generated. The cardiac cycle is a heartbeat cycle. In order to record an image, for example, computer tomography, magnetic resonance tomography, positron emission tomography, single photon emission computer tomography or ultrasound imaging techniques can be applied. Generating a combined image data set includes, for example, creating a 3D image data set from individual tomographic images recorded at different locations of the heart. However, the method according to the invention can also be used in applications where, in addition to the creation of 3D image data sets, images recorded during different cardiac cycles are linked together, eg subtracted from each other.
本発明による方法はなかんずく、画像撮影中に付加的な測定装置により、心臓のベクトル心電図（ＶＣＧ）を作成するための測定データが検出され、これらの測定データから、それぞれ連続する心周期間の、または設定可能な心周期に対して相対的な、心臓の空間状態の変化が算出されることを特徴としている。算出された変化は画像を結び付ける際に考慮されて、組合せ画像データセット中の誤りつまり心臓の空間状態の変化に起因した誤りが防止されまたは少なくとも低減される。なお、心臓の空間状態とは心臓の空間位置および方位である。 The method according to the invention inter alia detects measurement data for generating a cardiac vector electrocardiogram (VCG) by means of an additional measuring device during image acquisition, from these measurement data, each between successive cardiac cycles, Alternatively, a change in the spatial state of the heart relative to a settable cardiac cycle is calculated. The calculated changes are taken into account when combining the images to prevent or at least reduce errors in the combined image data set, ie errors due to changes in the spatial state of the heart. The spatial state of the heart is the spatial position and orientation of the heart.
本発明による方法では、各画像撮影が同一心時相内で行われることを保証するために、または同一心時相内で記録された画像のみが組合せ画像データセットの作成に利用されるのを保証するために、撮像はゲーティング技術により実行される（リトロスペクティブゲーティング）。連続する心周期もしくは心拍の間の心臓の空間状態の変化を考慮することによって組合せ画像データセット中のモーションアーチファクトが今一度減らされる。その際、心臓運動が心筋の収縮を含むだけでなく、個々の心周期間に心臓が空間状態を変え、すなわち移動および／または回転することがあるとの認識が利用される。この移動および／または回転によって心臓の空間状態は心拍ごとに変化することがある。この非周期的変化は公知のゲーティング技術もしくは同期化技術では補償することができない。しかし画像記録中に心臓の空間状態のこの変化を検出し、個々の画像から組合せ画像データセットを作成する際にこれらの変化を考慮することによって、この原因となる画像アーチファクトを減らしまたは防止することもできる。そのことが本発明による方法の特別な利点であり、本発明による方法によって組合せ画像データセット、特に３Ｄ画像データセットが高い空間分解能で得られる。 The method according to the invention ensures that each image is taken within the same cardiac phase or that only images recorded within the same cardiac phase are used to create a combined image data set. In order to ensure, imaging is performed by gating technology (retrospective gating). Motion artifacts in the combined image data set are once again reduced by taking into account changes in the spatial state of the heart during successive cardiac cycles or heart beats. In doing so, not only does the heart motion involve myocardial contraction, but the recognition that the heart may change spatial states, i.e. move and / or rotate, during individual cardiac cycles is utilized. This movement and / or rotation may change the spatial state of the heart with each heartbeat. This aperiodic change cannot be compensated by known gating or synchronization techniques. However, by detecting this change in the spatial state of the heart during image recording and taking these changes into account when creating a combined image data set from individual images, reducing or preventing this causative image artifact You can also. That is a particular advantage of the method according to the invention, which makes it possible to obtain a combined image data set, in particular a 3D image data set, with a high spatial resolution.
本発明による方法において心臓の空間状態の算出された変化に基づいて実行される運動補正は当然、例えば連続画像の画像比較の付加的技術でなお精緻にすることもできる。 The motion correction performed in the method according to the invention on the basis of the calculated changes in the spatial state of the heart can of course also be refined, for example with an additional technique of image comparison of successive images.
本発明による方法では直交ベクトル心電図法が実行されて心筋の電気的活量のベクトル心電図（ＶＣＧ）が得られ、これらの心電図から心周期ごともしくは心拍ごとの、または基準として決定された心周期に対しても、心臓の空間状態の変化を検出し算出することができる。測定データの記録はそれぞれ画像撮影の記録と同時に行われる。その際、組合せ画像データセットを後に作成するために、どの画像撮影およびどの測定データにどの心周期が割り当てられているかに関する情報を記憶させねばならない。 In the method according to the present invention, orthogonal vector electrocardiography is performed to obtain a vector electrocardiogram (VCG) of myocardial electrical activity, and from these electrocardiograms, the cardiac cycle is determined for each cardiac cycle or for each heartbeat or as a reference. In contrast, changes in the spatial state of the heart can be detected and calculated. Recording of measurement data is performed simultaneously with recording of image capturing. In that case, in order to create a combined image data set later, information about which image capture and which cardiac cycle is assigned to which measurement data must be stored.
心電図法の変形であるベクトル心電図法では、心臓の電気的活量が記録され、この電気的活量から一心周期中の電気的心臓ベクトルの値および方向の時間的推移が決定される。電気的心臓ベクトルは心臓をその電気的活動に基づいて表すことができる電気双極子である。ベクトル心電図は一心周期中の電気的心臓ベクトルの値および方向の時間的推移であり、一般に閉じた三次元曲線に一致している。この三次元曲線は以下においてはＶＣＧ環とも称され、このＶＣＧ環は複数の部分環で構成される。心臓の空間状態が変化すると電気双極子の空間状態も変化し、それとともにベクトル心電図においてＶＣＧ環の空間状態も変化する。ベクトル心電図において２つの心周期間にＶＣＧ環の空間状態がこのように変化することは本発明による方法において検出され定量化され、それから２つの心周期間の心臓の空間状態の変化が算出される。 In the vector electrocardiogram, which is a modification of the electrocardiogram, the electrical activity of the heart is recorded, and the temporal transition of the value and direction of the electrical heart vector during one cardiac cycle is determined from this electrical activity. An electrical heart vector is an electrical dipole that can represent the heart based on its electrical activity. A vector electrocardiogram is a temporal transition of the value and direction of an electrical heart vector during a cardiac cycle, and generally coincides with a closed three-dimensional curve. This three-dimensional curve is also referred to as a VCG ring below, and this VCG ring is composed of a plurality of partial rings. When the spatial state of the heart changes, the spatial state of the electric dipole also changes, and at the same time, the spatial state of the VCG ring also changes in the vector electrocardiogram. This change in the spatial state of the VCG ring between two cardiac cycles in a vector electrocardiogram is detected and quantified in the method according to the invention, from which the change in the spatial state of the heart between the two cardiac cycles is calculated. .
本発明による方法の一実施態様において、ベクトル心電図において不整脈性心拍、つまり期外収縮、早発性心室収縮または異所性心拍に起因した異常ＱＲＳ群が検出される。期外収縮性ＱＲＳ環はベクトル心電図において容易に認識することができる。というのは、期外収縮性ＱＲＳ環の形状および方位は正常（収縮期性）ＱＲＳ環とは著しく相違するからである。不整脈性心拍は、正しい運動補正を妨げる可変ＥＣＧ／ＶＣＧ信号を生じる。それゆえに本発明による方法のこの実施態様では、このような心周期中に記録された画像は運動補正を施されない。画像撮影全体が拒否され（従ってそれらは組合せ画像データセットに寄与せず）、後続の心周期の１つにおいて再度画像が記録されると好ましい。 In one embodiment of the method according to the invention, an abnormal QRS complex due to an arrhythmic heartbeat, ie an extrasystole, a premature ventricular contraction or an ectopic heartbeat is detected in a vector electrocardiogram. Extrasystolic QRS rings can be easily recognized in a vector electrocardiogram. This is because the shape and orientation of the extra systolic QRS ring is significantly different from the normal (systolic) QRS ring. An arrhythmic heartbeat produces a variable ECG / VCG signal that prevents correct motion correction. Therefore, in this embodiment of the method according to the invention, images recorded during such a cardiac cycle are not subjected to motion correction. Preferably, the entire image capture is rejected (and therefore they do not contribute to the combined image data set) and the image is recorded again in one of the subsequent cardiac cycles.
ベクトル心電図を利用した本発明による方法の他の有利な一実施態様において、いわゆるＶＣＧ正規化が実行される。このＶＣＧ正規化は、２つの心周期のＶＣＧ環を３Ｄ変換によって互いに移行させることを試みる技術である。２つの心周期は例えば連続する心周期であってよい。しかし、基準ＶＣＧ環を規定または選定し、別のすべての心周期のＶＣＧ環を基準ＶＣＧ環で正規化することも可能である。この３Ｄ変換の特徴的パラメータ（固有値、回転角）は心臓状態における変化の標識として利用することができる。その都度検討された心周期のＶＣＧ環が線形変換（回転および移動）によって互いに移行させることができる場合、心臓の空間状態は通常どおり変化したにすぎない。その場合、運動補正を実行することができる。変換が線形でない場合、これは異常心拍を示唆しており、付属する画像についての運動補正が実行されないかまたは画像撮影が拒否される。 In another advantageous embodiment of the method according to the invention using a vector electrocardiogram, so-called VCG normalization is performed. This VCG normalization is a technique that attempts to shift the VCG rings of two cardiac cycles to each other by 3D transformation. The two cardiac cycles may be continuous cardiac cycles, for example. However, it is also possible to define or select a reference VCG ring and normalize all other cardiac cycle VCG rings with the reference VCG ring. The characteristic parameters (eigenvalue, rotation angle) of this 3D conversion can be used as an indicator of changes in the heart state. If the VCG rings of the cardiac cycle considered each time can be shifted from one another by linear transformation (rotation and movement), the spatial state of the heart has only changed as usual. In that case, motion correction can be performed. If the transformation is not linear, this suggests an abnormal heart rate and no motion correction is performed on the attached image or the image is rejected.
ベクトル心電図を記録して本発明による方法を実施する場合、画像記録と心時相との同期化用のトリガ信号もベクトル心電図から導き出されると好ましい。そのことからきわめて確実でたくましい同期化がもたらされる。というのは、例えば不整脈性心臓運動もベクトル心電図において認識でき、その場合トリガ信号が発生されないからである。 When recording a vector electrocardiogram and performing the method according to the present invention, it is preferable that a trigger signal for synchronizing the image recording and the cardiac time phase is also derived from the vector electrocardiogram. This results in a very reliable and robust synchronization. This is because, for example, arrhythmic heart motion can also be recognized in a vector electrocardiogram, in which case no trigger signal is generated.
他の有利な一実施態様においてベクトル心電図は、呼吸の時間的推移を検出しかつ呼吸制御用トリガ信号を導き出すのにも利用される。呼吸運動は心臓の空間状態に作用するので、この影響もベクトル心電図から決定することができる。心臓の空間状態の、呼吸運動に結び付いた変化は本発明による方法において運動補正時に自動的に考慮される。さらに、呼吸運動はベクトル心電図を分析することによっても決定することができ、画像撮影を作動させるのに利用することができる。その場合、個別の呼吸センサの利用は省くことができる。その場合、画像記録中に患者が呼吸を数秒間止めねばならないことは場合によっては必要でない。 In another advantageous embodiment, the vector electrocardiogram is also used to detect the time course of breathing and to derive a breathing control trigger signal. Since respiratory motion affects the spatial state of the heart, this effect can also be determined from the vector electrocardiogram. Changes in the spatial state of the heart associated with respiratory motion are automatically taken into account during motion correction in the method according to the invention. Furthermore, respiratory motion can also be determined by analyzing the vector electrocardiogram and can be used to activate imaging. In that case, the use of a separate breath sensor can be omitted. In that case, it may not be necessary in some cases that the patient must stop breathing for a few seconds during image recording.
本発明による方法を実施するための提案された装置は、撮像機器で記録された画像用および付加的測定装置により検出された測定データ用の１つまたは複数の入力インタフェースと、分析モジュールおよび画像組合せモジュールを備えた評価装置とを含む。分析モジュールは心周期間の心臓の空間状態の変化を算出するのに役立ち、画像組合せモジュールは心臓の空間状態の算出された変化を考慮して、記録された画像を結び付け、心臓状態の変化に起因した誤りが少なくとも低減された組合せ画像データセットを作成するのに役立つ。分析モジュールと画像処理モジュールは、本発明に係る方法の個々のステップを実施できるように構成されている。 The proposed device for carrying out the method according to the invention comprises one or more input interfaces for images recorded by an imaging device and for measurement data detected by an additional measuring device, an analysis module and an image combination And an evaluation device including a module. The analysis module helps to calculate changes in the spatial state of the heart during the cardiac cycle, and the image combination module takes into account the calculated changes in the spatial state of the heart and combines the recorded images to change the cardiac state It helps to create a combined image data set with at least reduced errors due to it. The analysis module and the image processing module are configured so that the individual steps of the method according to the invention can be carried out.
本発明による方法は以下において実施例に基づいて図面と合せて再度手短に説明される。
図１は本発明に係る方法の経過の一例を示す。
図２はＥＣＧ／ＶＣＧ信号と心筋収縮との間の時間的関係の一例を示す。
図３は１つの心周期中に記録されたベクトル心電図の一例を示す。
The method according to the invention will be briefly described again below in conjunction with the drawings on the basis of examples.
FIG. 1 shows an example of the course of the method according to the invention.
FIG. 2 shows an example of the temporal relationship between ECG / VCG signals and myocardial contraction.
FIG. 3 shows an example of a vector electrocardiogram recorded during one cardiac cycle.
図１によるこの例では心臓の三次元画像データセットがコンピュータ断層撮影法の技術で生成される。ＣＴスキャンはゲーティング技術により、生データの記録が心拍と同期して行われるように実行される。こうして時間的経過で心臓の断層画像が記録され、断層画像は患者身体の長手軸線（足から頭へのＺ軸）に垂直に向けられている。これらの軸線方向断層画像は異なるＺ位置と異なる心周期とに由来する。主に、各心周期の無運動心時相内でのみその都度画像記録が行われるように同期化が行われる。 In this example according to FIG. 1, a three-dimensional image data set of the heart is generated by a computed tomography technique. The CT scan is executed by a gating technique so that raw data is recorded in synchronization with the heartbeat. Thus, a tomographic image of the heart is recorded over time, and the tomographic image is oriented perpendicularly to the longitudinal axis of the patient body (Z axis from foot to head). These axial tomographic images originate from different Z positions and different cardiac cycles. The synchronization is mainly performed so that the image recording is performed each time only in the non-motion cardiac phase of each cardiac cycle.
断層画像を得るためには、予めコンピュータ断層撮影装置の生データからまず、一般にフィルタ補正逆投影によって画像再構成が実行されねばならない。個々の断層画像は引き続きそれらの画像撮影位置に応じて互いに組み合わせられ、それにより組合せ画像データセットが得られる。組合せ画像データセットの生成は例えば多断面再構成（ＭＰＲ）によって、またはボリュームレンダリング技術（ＶＲＴ）によって行うことができる。ＭＰＲによって、異なる方位のリフォーマットされた軸線方向画像が例えば矢状断面または前頭断面において得られる。ＶＲＴによって３Ｄボリューム画像を作成することができる。 In order to obtain a tomographic image, image reconstruction must first be executed from the raw data of the computer tomography apparatus in general, generally by filtered back projection. The individual tomographic images are subsequently combined with each other according to their image capture positions, thereby obtaining a combined image data set. The generation of the combined image data set can be performed, for example, by multi-section reconstruction (MPR) or by volume rendering technology (VRT). With MPR, reformatted axial images with different orientations are obtained, for example in the sagittal or frontal sections. A 3D volume image can be created by VRT.
本発明による方法では、各２つの心周期間の心臓の空間状態の、画像記録中に検出された変化を考慮して、組合せ画像データセット（ＭＰＲ、ＶＲＴ）の作成が行われる。このため個々の断層画像は運動補正のために心臓の空間状態の算出された変化に相応して個々に回転、傾動または移動される。こうして、画像アーチファクトを低減させたＭＰＲ画像またはＶＲＴ画像が得られる。 In the method according to the invention, a combined image data set (MPR, VRT) is created taking into account changes detected during image recording of the spatial state of the heart between each two cardiac cycles. For this reason, individual tomographic images are individually rotated, tilted or moved in accordance with the calculated change in the spatial state of the heart for motion correction. In this way, an MPR image or VRT image with reduced image artifacts is obtained.
画像記録が実行される異なる心周期間の心臓の空間状態の変化を検出することは、この例では、各心周期のベクトル心電図を同時に記録することによって行われる。これらのベクトル心電図から、画像記録と心拍とを同期化させるトリガ信号も導き出される。ベクトル心電図中のＶＣＧ環（図３参照）の三次元状態の変化から、異なる心周期間の心臓の状態の各相対的変化が決定され、これが運動補正に含められる。 Detecting changes in the spatial state of the heart between different cardiac cycles in which image recording is performed is performed in this example by simultaneously recording a vector electrocardiogram for each cardiac cycle. From these vector electrocardiograms, a trigger signal for synchronizing the image recording and the heartbeat is also derived. From the change in the three-dimensional state of the VCG ring (see FIG. 3) in the vector electrocardiogram, each relative change in the state of the heart during different cardiac cycles is determined and included in the motion correction.
この例では心周期ごとにＶＣＧ正規化が行われ、隣接する心周期のＶＣＧ環間の３Ｄ変換が算出される。この変換が線形であり、従ってＶＣＧ環の移動および／または回転に基づいている場合、それから直接に電気的心臓ベクトルの状態の変化、従って心臓状態の変化を決定することができる。このような線形変換が決定されると、画像補正が相応に実行される。しかし線形変換が生じないと、これは不整脈性心拍を示唆する。その場合、運動補正は実行されない。さらに、付属する画像撮影は拒否されることもでき、組合せ画像データセットの作成に寄与しない。 In this example, VCG normalization is performed for each cardiac cycle, and 3D conversion between the VCG rings of adjacent cardiac cycles is calculated. If this transformation is linear and is therefore based on the movement and / or rotation of the VCG ring, then it is possible to determine directly the change in the state of the electrical heart vector and hence the change in the heart state. When such a linear transformation is determined, image correction is performed accordingly. But if no linear transformation occurs, this suggests an arrhythmic heartbeat. In that case, no motion correction is performed. Furthermore, the attached image shooting can be rejected and does not contribute to the creation of the combined image data set.
図２は、電気的ＥＣＧ／ＶＣＧ信号１と心室容積２によって表される機械的心筋収縮との間の時間的関係の例を示す。同期化された画像記録は主に心臓の無運動時相４中に行われる。当然、すべての心時相中にも画像を記録することができるが、しかしながらそのうちそれぞれ同一心時相の画像のみが再構成に利用される。図２から明らかなように、電気パルス、いわゆるＱＲＳ群３が心筋収縮に先行する。そのことから、ベクトル心電図の付属する部分から心臓の空間状態の変化を既にこの時点に決定することができる。特に、不整脈性心拍が存在するか否かを既にこの時点に認識することができる。というのは、それはベクトル心電図において明確に認識可能なＱＲＳ環の変化によって認識できるからである。それゆえ、画像記録の同期化のためにベクトル心電図から導き出されるトリガ信号はその場合中止されることができる。
FIG. 2 shows an example of the temporal relationship between the electrical ECG / VCG signal 1 and the mechanical myocardial contraction represented by the
図３は、コンピュータ断層撮影装置のＸ‐Ｙ‐Ｚ座標系におけるＶＣＧ環の三次元推移を認めることのできるベクトル心電図の一例を示す。このＶＣＧ環はＰ環５とＱＲＳ環６とＴ環７とで構成される。２つの心周期間の心臓の空間状態が変化するとこのＶＣＧ環の空間状態も変化し、この変化から心臓の空間状態の変化を決定することができる。
FIG. 3 shows an example of a vector electrocardiogram that can recognize the three-dimensional transition of the VCG ring in the XYZ coordinate system of the computed tomography apparatus. This VCG ring is composed of a P ring 5, a QRS ring 6 and a
１ 電気的ＥＣＧ／ＶＣＧ信号
２ 心室容積
３ ＱＲＳ群
４ 無運動時相
５ Ｐ環
６ ＱＲＳ環
７ Ｔ環
1 Electrical ECG /
Claims (18)
評価装置とを備え、この評価装置が、
測定データから心臓のベクトル心電図（ＶＣＧ）を作成し、このベクトル心電図から心周期間の心臓の空間位置および方位の変化を算出する分析モジュールと、
各２つの心周期間の心臓の空間位置および方位の算出された変化を考慮して、記録された画像を結び付けることによって、画像データセット中の心臓の空間位置および方位の変化に起因した誤りを低減された組合せ画像データセットを作成する画像組合せモジュールとを有することを特徴とする心臓撮像時の運動補正装置。 One or more input interfaces for images of at least one region of the heart recorded with the imaging device and for measurement data detected by the measurement device to create a vector electrocardiogram (VCG) of the heart;
An evaluation device, and this evaluation device
An analysis module that creates a cardiac vector electrocardiogram (VCG) from the measurement data and calculates changes in the spatial position and orientation of the heart during the cardiac cycle from the vector electrocardiogram;
By combining the recorded images, taking into account the calculated changes in the spatial position and orientation of the heart between each two cardiac cycles, errors due to changes in the spatial position and orientation of the heart in the image data set are eliminated. An apparatus for correcting motion during cardiac imaging, comprising: an image combination module that creates a reduced combination image data set.
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